A potência do motor - como funciona

Introdução
É normal que já tenham ouvido falar em potência do motor. Praticamente todos os anúncios de carros a mencionam. Quem fala de automóvel sempre toca nesse ponto e até a maioria dos cortadores de relva têm adesivos enormes informando a potência do motor.



Mas, o que é potência e o que ela significa em termos de desempenho? Neste artigo iremos saber o que é potência exactamente e como se pode aplicar no dia-a-dia.

No sistema métrico, a potência é expressa em cavalos-vapor (cv). Um cavalo-vapor equivale a 0,98629 hp - sigla de horsepower, unidade de potência do sistema inglês. O termo horsepower foi criado pelo engenheiro escocês James Watt. Ele viveu de 1736 a 1819 e se tornou mais conhecido pelas melhorias que introduziu nas máquinas a vapor. Podemos nos lembrar dele sempre que mencionarmos as lâmpadas de 60 watts.

O fato é que Watt trabalhava com seus cavalos içando carvão de uma mina e queria transmitir a idéia da potência disponível de um desses animais. Terminou descobrindo que os cavalos da mina eram capazes de executar, em média, 22.000 pés-libra (3.044 quilogramas.metro, ou kg.m) de trabalho em um minuto. Ele deu então um acréscimo de 50% nesse número e determinou que um cavalo-vapor é equivalente a 33.000 pés-libra de trabalho (4.566 kg.m) em um minuto. Esta é a unidade arbitrária de medida que permaneceu válida durante séculos e que hoje consta do seu carro, cortador de grama, motosserra e em alguns casos, até mesmo de seu aspirador de pó.



O que potência significa, segundo Watt, é: um cavalo pode executar 4.566 kg.m de trabalho a cada minuto. Imagine-se então um cavalo içando o carvão de uma mina, como mostrado acima. Um cavalo que exerça um cavalo-vapor pode içar 152,2 kg de carvão a 30 m em 1 minuto, ou 456,6 kg a 10 m nesse mesmo minuto. Pode-se combinar à vontade o peso levantado e a altura para levantá-lo. Desde que o produto resulte em 4.566 kg.m em 1 minuto, temos um hp.

Pode ocorrer não se querer carregar o balde com 4.566 kg de carvão e mandar o cavalo andar 1 metro em 1 minuto, porque o cavalo não aguentaria peso tão grande. Ou ainda pensar que o cavalo não poderia andar 10.000 m em 1 minuto carregando pouco mais de 0,5 kg, uma vez que isso seria equivalente a percorrer 600 km em uma hora e os cavalos não são capazes disso. Entretanto, basta consultar Como funciona o sistema de roldana, para perceber que as polias combinadas são capazes de conciliar facilmente peso percebido por distância por meio de um arranjo de polias. Poderíamos criar assim um sistema de polias combinadas que proporcionasse um peso confortável para o cavalo a uma velocidade confortável, não importa qual o peso real do balde.

Os hp também podem ser convertidos em outras unidades. Por exemplo:
Um hp é equivalente a 746 watts. De modo que se um cavalo pudesse andar em uma esteira sem fim desenvolvendo 1 hp, seria possível acionar um gerador produzindo continuamente 746 watts. .


Como se mede a potência
Se desejarmos saber quantos cv (ou hp) tem um motor, colocamos o motor num dinamômetro. Um dinamômetro impõe uma carga ao motor e mede a quantidade de potência que o motor pode produzir contra essa carga. Essa carga nada mais é do que um freio, que pode ser hidráulico ou elétrico.

Os passos a seguir dão uma idéia de como funciona um dinamômetro. Imagine o que aconteceria se ligássemos o motor do carro, colocássemos o câmbio em ponto-morto e acelerássemos tudo. O motor alcançaria uma rotação tão rápida que poderia vir a se despedaçar. Como isto deve ser evitado, além de não servir para nada, podemos, no dinamômetro, aplicar uma carga ao motor com o acelerador todo aberto e medir que carga ele pode vencer em diferentes rotações. Podemos ligar o motor, acelerá-lo ao máximo e, com o dinamômetro, manter a carga no motor, digamos, a 7.000 rpm. Nesse ponto podemos registrar a carga máxima com a qual o motor pode funcionar nessa rotação. A partir daí podemos aplicar mais carga, diminuir a rotação do motor para 6.500rpm e tomar nota da carga. A seguir poderíamos aplicar a carga adicional necessária para que a rotação fosse reduzida para 6.000 rpm e assim sucessivamente. Seria também possível fazer o mesmo começando com 500 ou 1.000rpm e funcionar no sentido inverso, aumentando a rotação. O que os dinamômetros realmente medem é o torque (em newtons.metro, Nm) e para converter torque em cavalo-vapor basta multiplicarmos em Nm por rpm e dividirmos por 7.025,9.

Torque
Imagine-se uma chave inglesa com 0,5m de cabo e a aplicação de uma força de 2 newtons nesse cabo. Estamos apenas aplicando um torque, ou uma força de rotação de 1 newton.metro (ou seja, o momento de uma força de 1 newton a 1 metro de sua linha de ação) ao parafuso. Poderíamos conseguir o mesmo 1 Nm de torque se aplicássemos 10 N a um cabo de 0,1 m, ou 0,1 N a um cabo de 10 m.

Da mesma forma, conectando-se uma árvore a um motor, o motor pode aplicar um torque à árvore. O dinamômetro serve para medir esse torque. Pode-se facilmente converter torque em cavalo-vapor, basta multiplicar o torque por rpm e dividir por 7.025,9.

Ainda se lê bastante nas revistas e nos sites da Internet o torque em metro.quilograma-força (m.kgf), em que 1m.kgf corresponde a 9,81 Nm. Se tivermos torque em m.kgf e quisermos convertê-lo em cv, multiplicamos por rpm e dividamos por 716,2.

Como se faz um gráfico de potência
Se se comparar potência desenvolvida versus as rotações do motor, consegue a curva da potência do motor. A curva de potência (cv) típica para um motor de alto desempenho pode ter a aparência aqui mostrada:



O que um gráfico como esse salienta é que qualquer motor tem uma potência de pico, ou seja, uma rotação em que a potência produzida pelo motor é a maior possível. O motor tem também um torque de pico a uma rpm específica. Muitas vezes vemos em uma revista ou brochura a expressão: "320 cv a 6500 rpm, 393 Nm de torque a 5000 rpm" (dados do Shelby Series 1 1999). Muitas pessoas dizem que um certo motor tem "muito torque em baixa", querendo significar que o torque máximo ocorre a uma rotação razoavelmente baixa, 2 mil a 3 mil rpm.

Também podemos ver com a curva de potência em que ponto ela é máxima. Quando se tenta obter a maior aceleração possível, procura-se deixar o motor próximo desse ponto, mostrado na curva. Essa é a razão pela qual muitas vezes se reduz marcha para retomar velocidade: reduzindo aumentamos a rotação do motor, que fica mais perto do ponto de maior potência. Quando se quer "pular" com o carro na abertura de um sinal de trânsito, o que se faz normalmente é aumentar a rotação do motor até o pico de potência, e depois soltar a embriagem, de maneira a descarregar a potência máxima nos pneus.

Potência dos carros de alto desempenho
Um carro é tido como de 'alto desempenho' se tem bastante potência em relação ao seu peso. Isso faz sentido, pois quanto mais pesado, mais potência será necessária para acelerar o automóvel. Para uma dada quantidade de potência deseja-se minimizar o peso para maximizar a aceleração.

A tabela seguinte mostra a potência do motor e os pesos para diversos carros de alto desempenho (e para um de baixo desempenho, para fins comparativos). O gráfico mostra a potência máxima, o peso do carro, a relação peso-potência (kg dividido por cv), quantos segundos o carro precisa para acelerar de zero a 96 km/h e o preço.

Apesar de ja ter alguns anos dá para perceber o objectivo do mesmo:

Potência (cv) Peso (kg) Peso-potência(kg/cv) 0-96 km/h(segundos) Preço(US$)
Dodge Viper 450 1.507 3,35 4,1 66.000
Ferrari 355 F1 375 1.350 3,60 4,6 134.000
Shelby Series 1 320 1.203 3,76 4,4 108.000
Lotus Esprit V8 350 1.382 3,95 4,4 83.000
Chevrolet Corvette345 1.473 4,27 4,8 42.000
Porsche Carrera 300 1.316 4,38 5,0 70.000
Mitsubishi 3000GT twin-turbo320 1.698 5,30 5,8 45.000
Ford Escort 110 1.120 10,18 10,9 12.000


Pode-se notar uma correlação definida entre a relação potência-peso e o tempo 0 a 96 km/h. Na maioria dos casos, uma relação baixa indica um carro mais rápido. Não deixa de ser interessante notar que não existe correlação tão acentuada entre a velocidade e o preço. O Viper realmente aparece com um valor bem razoável nesta tabela!

Para termos um carro rápido, precisamos ter uma boa razão entre o peso e a potência. O desejável é contar com muita potência correspondendo a um peso mínimo. De modo que a primeira providência é fazer uma limpeza no porta-malas.

A energia mecânica desenvolvida por um motor à explosão é medida com precisão num banco de testes. É possível até calcular esse valor com uma certa aproximação, desde que se tenha alguns dados do motor.

Vamos dar um exemplo sobre o cálculo da potência efectiva de um motor. Essa potência é determinada pela quantidade de trabalho que o mesmo pode fornecer em um segundo, isto é, pelo número de joules (J).

Utiliza-se como unidade de potência o KW ou o CV.

Para calcular a potência de um motor, basta calcular a quantidade de trabalho que este é capaz de fornecer num tempo de 1 segundo. Esta quantidade de trabalho é obtida em joules por segundo e será convertida em KW u CV, conforme a equivalência dessas unidades.

1 J/s = 1 W
1000 J/s = 1 KW
1000 J/s = 1,36 CV
1 CV = 736 J/s ou 736 W

Exemplo de cálculo da potência efectiva de um motor monocilíndrico 80 x 90 (diâmetro x curso) girando a 4200 rpm e tendo como pressão média de 9,5 BAR (impulso 95N/cm2).

trabalho de uma explosão = (3,14 x 82 x 9,5 x 0,09) / 4
Resultado = 430 J

trabalho por segundo = (430 x 4200) / (60 x 2) ------> Utiliza-se o denominador 2 para os motores de 4 tempos (1 explosão a cada duas rotações)
Resultado = 15050 J/s

Potência = 15050 / 1000
Resultado = 15,03 KW

Para converter em CV basta multiplicar por 1,36

Potência em CV = 15,03 x 1,36
Resultado = 20,4 CV

no caso do Boxster 986 MKI - 2.7

220 cv = 162 kW

no caso do MKII 2.7

228 Cv = 168kW

no caso do 911 - 996 C2

320 cv = 235 kW

Grande tópico

Muito bom, do melhor que já vi sobre o assunto.

Fala-se muito de cavalos , potência, mas este tópico dá-nos uma visão e um conhecimento sobre que realmente é a potência e como tudo isto funciona.

Fiquei também a saber as equivalências entre Cv e kW, que não sabia.

Cheguei ontem de férias de Genéve, e já aprendi mais umas coisas.

Parabéns pelo tópico.